ANALISA KEGAGALAN PISTON TIPE MAHLE TUGAS AKHIR – TL141584 A NALISA KEGAGALAN PISTON TIPE MAHLE PADA…

Download ANALISA KEGAGALAN PISTON TIPE MAHLE TUGAS AKHIR – TL141584 A NALISA KEGAGALAN PISTON TIPE MAHLE PADA…

Post on 02-Mar-2019

212 views

Category:

Documents

0 download

Embed Size (px)

TRANSCRIPT

<p>i </p> <p> TUGAS AKHIR TL141584 </p> <p>ANALISA KEGAGALAN PISTON TIPE MAHLE </p> <p>PADA AUXILIARY ENGINE MAN D2866 LE </p> <p>KAPAL MERATUS RED RELIANCE PT MERATUS </p> <p>LINE </p> <p>Nico Bagus Putranto </p> <p>NRP 2712 100100 </p> <p>DosenPembimbing : </p> <p>Ir. RochmanRochiem, M. Sc. </p> <p>Mas Irfan P. Hidayat ,S.T., M.Sc., Ph.D. </p> <p>JURUSAN TEKNIK MATERIAL DAN METALURGI </p> <p>FakultasTeknologiIndustri </p> <p>InstitutTeknologiSepuluhNopember </p> <p>Surabaya 2015 </p> <p>iii </p> <p> TUGAS AKHIR TL141584 </p> <p>FAILURE ANALYSIS OF PISTON MAHLE TYPE </p> <p>IN AUXILIARY ENGINE MAN D286 LE </p> <p>MERATUS RED RELIANCE SHIP PT MERATUS </p> <p>LINE </p> <p>Nico Bagus Putranto </p> <p>NRP 2712 100100 </p> <p>DosenPembimbing : </p> <p>Ir. RochmanRochiem, M. Sc. </p> <p>Mas Irfan P. Hidayat ,S.T., M.Sc., Ph.D. </p> <p>JURUSAN TEKNIK MATERIAL DAN METALURGI </p> <p>FakultasTeknologiIndustri </p> <p>InstitutTeknologiSepuluhNopember </p> <p>Surabaya 2015 </p> <p>vii </p> <p>ANALISA KEGAGALAN PISTON TIPE MAHLE PADA </p> <p>AUXILIARY ENGINE MAN D2866 LE KAPAL MERATUS </p> <p>RED RELIANCE PT MERATUS LINE </p> <p>Nama : Nico Bagus Putranto </p> <p>NRP : 2712 100 100 </p> <p>Jurusan : Teknik Material dan Metalurgi </p> <p>Dosen Pembimbing : Ir. Rochman Rochiem, M.Sc. </p> <p>Co- Pembimbing : Mas Irfan P. Hidayat, S.T., M.Sc., Ph.D. </p> <p>Abstrak </p> <p> Piston tipe mahle merupakan salah satu bagian pada auxiliary engine MAN D2866 LE kapal Meratus Red Reliance. </p> <p>Pada januari 2015, piston tersebut mengalami patah sehingga </p> <p>memberhentikan kinerja mesin. Untuk mengetahui lebi lanjut </p> <p>penyebab kegagalan dari piston ini maka dilakukan analisis </p> <p>kegagalan dalam aspek metalurgi berupa pengamatan makro </p> <p>visual, mikro visual, metalografi, kekerasan brinell, dan uji </p> <p>komposisi OES. Dari hasil uji komposisi didapatkan bahwa </p> <p>material ini merupakan paduan aluminium silikon dengan kadar </p> <p>silicon 11.3%. Dari data pengujian kekerasan, didapatkan bahwa </p> <p>kekerasan di daerah dekat dengan patahan lebih tinggi </p> <p>dibandingkan dengan daerah yang jauh dari patahan. Hal ini </p> <p>dipengaruhi oleh pembebanan yang terpusat pada daerah pin </p> <p>piston. Selain itu, hasil dari pengujian metalografi pada daerah </p> <p>dekat dengan patahan tersebar merata eutektik AlSi. Dengan </p> <p>pengujian fraktografi didapatkan bahwa komponen piston ini </p> <p>mengalami patah lelah dikarenakan pembebanan yang berulang </p> <p>dan terpusat ada satu titik yaitu pin piston. </p> <p>Kata kunci : Piston MAHLE, Aluminium-Silikon, Fatigue </p> <p>ix </p> <p>FAILURE ANALYSIS OF PISTON MAHLE TYPE IN </p> <p>AUXILIARY ENGINE MAN D286 LE MERATUS RED </p> <p>RELIANCE SHIP PT MERATUS LINE </p> <p>Nama : Nico Bagus Putranto </p> <p>NRP : 2712 100 100 </p> <p>Jurusan : Teknik Material dan Metalurgi </p> <p>Dosen Pembimbing : Ir. Rochman Rochiem, M.Sc. </p> <p>Co- Pembimbing : Mas Irfan P. Hidayat, S.T., M.Sc., Ph.D. </p> <p>Abstract </p> <p> Mahle type of Piston is a part of auxiliary engine of MAN </p> <p>D2866 LE Red Reliance meratus machine. This piston was </p> <p>broken on January 2015, so it disturbed the machine work. To </p> <p>know further about the reason of the failure of this piston, the </p> <p>failure analysis was done in the metallurgy aspect formed of </p> <p>macro observation, micro observation, microvisual, </p> <p>metallography, brinell hardness, and OES composition </p> <p>experiment. From the result of experiment, it was known that this </p> <p>material is the combination of aluminium and silicon with the </p> <p>11.3%amount of silicon. From the data of hardness experiment, it </p> <p>was known that the hardness near to fracture was higher than </p> <p>the far one. It is influenced by the burden centered in pin piston </p> <p>area. Beside of that, the area near to the fracture had many </p> <p>euthetic fasa AlSi spread out evenly as the result of metallograph. </p> <p>By using fractograph experiment, it was known that the </p> <p>component of piston here suffered fatigue fracture because of </p> <p>repeated burdening and centered in a specific spot namely pin </p> <p>piston. </p> <p>Keyword : Piston MAHLE type, Aluminium-Silicon, </p> <p>Fatigue </p> <p>xi </p> <p>KATA PENGANTAR </p> <p>Alhamdullilah atas limpahan rahmat dan karunia Allah SWT, sehingga saya dapat menyelesaikan Tugas Akhir serta menyusun Laporan Tugas Akhir yang berjudul : Analisa Kegagalan Piston Tipe MAHLE pada Auxiliary Engine MAN D2866 </p> <p>LE Kapal Meratus Red Reliance PT Meratus Line. Pada kesempatan kali ini penyusun mengucapkan banyak </p> <p>terima kasih kepada : 1. Kedua orang tua penulis Bapak Bagus Supriyadi dan Ibu </p> <p>Lestari atas semua dukungan moril dan materiil yang selalu dicurahkan. </p> <p>2. Mbak Tanti, Bowo, Bulek Pit dan Bima yang selalu menemani penulis dalam hal apapun. </p> <p>3. Dr. Agung Purniawan, S.T., M.Eng selaku Ketua Jurusan Teknik Material dan Metalurgi FTI ITS. </p> <p>4. Bapak Ir. Rochman Rochiem M.Sc dan Bapak Mas Irfan P. Hidayat S.T., M.Sc., Ph.D. selaku dosen pembimbing tugas akhir yang telah memberikan bekal yang sangat bermanfaat. </p> <p>5. Seluruh dosen dan karyawan Jurusan Teknik Material dan Metalurgi FTI-ITS. </p> <p>6. PT Meratus Line yang telah bersedia memberikan topik tugas akhir kepada penulis. </p> <p> Penyusun menyadari adanya keterbatasan di dalam penyusunan laporan ini. Besar harapan penyusun akan saran, dan kritik yang sifatnya membangun. Selanjutnya semoga tulisan ini dapat selalu bermanfaat. Amin. </p> <p> Surabaya, Januari 2016 </p> <p> Penyusun </p> <p> xii </p> <p>(Halaman ini sengaja dikosongkan) </p> <p>xiii </p> <p>DAFTAR ISI </p> <p>Halaman LEMBAR JUDUL ................................................................... i TITLE ...................................................................................... iii LEMBAR PENGESAHAN ..................................................... v ABSTRAK .............................................................................. vii ABSTRACT ............................................................................ ix KATA PENGANTAR ............................................................. xi DAFTAR ISI ........................................................................... xiii DAFTAR GAMBAR .............................................................. xv DAFTAR TABEL ................................................................... xix BAB I PENDAHULUAN ....................................................... 1 1.1 LatarBelakang .................................................................. 1 1.2 PerumusanMasalah .......................................................... 2 1.3 BatasanMasalah ............................................................... 2 1.4 TujuanPenelitian .............................................................. 2 1.5 ManfaatPenelitian ............................................................ 3 </p> <p>BAB II TINJAUAN PUSTAKA ............................................. 5 2.1 Mesin Diesel ..................................................................... 5 2.2 Piston ....................................................................... 9 2.3 Aluminium ....................................................................... 10 2.4 Sifat Coran Paduan Aluminium ....................................... 13 2.5 Paduan Aluminium-Silikon (Al-Si) ................................. 14 2.6 Silikon .............................................................................. 17 2.7 Analisa Kegagalan ........................................................... 19 2.8 Prosedur dalam Analisa Kegagalan...22 2.9 Jenis Patahan.................................................................... 22 2.10 Mekanisme Pembentukan Patah Lelah..29 2.11 Karakteristik Patahan ....................................................... 32 2.12 Penelitian Sebelumnya .................................................... 35 BAB III METODOLOGI PENELITIAN ................................ 37 3.1 Diagram AlirPenelitian .................................................... 37 3.2 Metode Penelitian ............................................................ 38 </p> <p>xiv </p> <p>3.3 Material yang digunakan ................................................. 38 3.4 Peralatan dan Bahan ........................................................ 39 </p> <p>3.4.1 Peralatan39 3.4.2 Bahan.40 </p> <p>3.5 Tahapan Penelitian .......................................................... 40 3.5.1 Pengambilandan Persiapan Spesimen ................... 40 3.5.2 Preparasi Spesimen................................................ 40 3.5.3 Pengamatan Makroskopik ..................................... 41 3.5.4 Pengamatan Mikroskopik ...................................... 41 3.5.5 Pengujian Komposisi ............................................. 42 3.5.6 Pengujian Metalografi ........................................... 43 3.5.7 Pengujian Kekerasan Brinell ................................. 44 </p> <p>3.6 Rancangan Penelitian ..................................................... 45 BAB IV ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN ............... 43 4.1 Analisa Data .................................................................... 43 </p> <p>4.1.1 Record Piston ........................................................ 43 4.1.2 Analisa Titik Kritis ................................................ 44 4.1.3 Hasil OES .............................................................. 45 4.1.4 Hasil Pengujian Metalografi .................................. 46 4.1.5 Hasil Pengujian Kekeraan Brinell ......................... 50 4.1.6 Hasil Pengujian Fraktografi ................................... 52 </p> <p>4.2 Pembahasan ..................................................................... 58 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN .................................. 65 5.1 Kesimpulan ...................................................................... 65 5.2 Saran ................................................................................ 65 </p> <p>DAFTAR PUSTAKA.............................................................. 67 LAMPIRAN </p> <p>xv </p> <p>DAFTAR GAMBAR </p> <p>Halaman </p> <p>Gambar 2.1 Mesin Diesel MAHLE D2866 (MAN,2012) ..... 6 Gambar 2.2 Skema Cara Kerja 4 Langkah (Harrington, </p> <p>2008) ................................................................... 7 Gambar 2.3 Piston MAHLE pada mesin diesel D2866 </p> <p>(MAN,2012) ....................................................... 9 Gambar 2.4 Diagram Fasa Paduan Aluminium-Silikon </p> <p>(Warmuzek,2004) ............................................... 16 Gambar 2.5 Mikrosruktur Paduan cor Aluminum-Silikon </p> <p>Komersial. (a) Mikrostruktur Paduan Hypoeutektik Sand Cast (1,65-12,6 wt% Si). (b) Mikrostruktur Paduan Eutektik Permanent Mold (12,6% Si). (c) Mikrostruktur Paduan Hypereutektik Die Cast (&gt;12,6% Si) (Warmuzek, 2004).. ............................................ 17 </p> <p>Gambar 2.6 Struktur Kristal silicon (diamond cubic) (Callister,2007) ................................................... 19 </p> <p>Gambar 2.7 Skematik ciri patah getas dan patah ulet dari diagram tegangan-regangan( Callister,2007).. .... 23 </p> <p>Gambar 2.8 a) bentuk patahan ulet, (b) bentuk patahan ulet setelah terjadi necking, (c) bentuk patahan getas tanpa terjadi deformasi plastis (Callister,2007) .. 24 </p> <p>Gambar 2.9 Tahap patahan cup dan cone (a) awal necking, (b) terbentuknya cavity kecil, (c) pengumpulan cavity hingga menjadi retakan, (d) perambatan retak, (e) patahan geser dengan sudut 45o terhadap arah tegangan (Callister,2007) ................................................. 25 </p> <p>xvi </p> <p>Gambar 2.10 (a) patah ulet (cup and cone) pada aluminium (b) patah getas pada mild steel (Callister,2007) ................................................ 26 </p> <p>Gambar 2.11 (a) SEM yang menunjukan spherical dimple karakteristik, patahan hasil beban tarik unixial, 3300x.(b) SEM yang menunjukkan spherical dimple karakteristik hasil beban geser, 5000x (Callister,2007) ........................... 27 </p> <p>Gambar 2.12 (a) Foto yang menunjukkan bentuk V chevron sebagai karateristik patah getas. (b) Foto yang menunjukkan permukaan patah getas daerah asal retakan. (Callister,2007) ....... 28 </p> <p>Gambar 2.13 (a) skema perambatan retak yang melewati butir (transganular) (b) hasil SEM dari patah </p> <p>secara transgranular (Callister,2007) ............. 28 Gambar 2.14(a) skema perambatan retak yang terjadi </p> <p>sepanjang batas butir ( intergranular) (b) </p> <p>hasil SEM dari patah secara intergranular </p> <p>(Callister,2007) ................................................ 29 </p> <p>Gambar 2.15 Mekanisme patah lelah dan faktornya (ASM Handbook Vol.19 Fatigue and Fracture,2002) 29 </p> <p>Gambar 2.16 Model Wood untuk pengintian retak (Nishida, Shin-ichi,1992) ................................................. 31 </p> <p>Gambar 2.17 Mekanisme penumpulan ujung retakan secara plastis (a) beban nol (b) beban tarik kecil (c) beban tarik maksimum (d) beban-tekan kecil (e) beban tekan maksimum (f) beban tarik kecil (Callister,2007) ........................................ 32 </p> <p>Gambar 2.18 Foto SEM yang menunjukkan Beachmarks dan striasi secara mikro (Poursaedi, 2005) ............ 33 </p> <p>Gambar2.19Retakan dengan pola rambatan (a) Transgranular (b) Intergranular (Colangelo, 1989) ................................................................ 34 </p> <p>Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitiaan .................................... 37 </p> <p>xvii </p> <p>Gambar 3.2 Piston Mahle yang mengalami kegagalan ........... 39 Gambar 3.3 Kamera dan mikroskop stereo ............................ 41 Gambar 3.4 Mesin SEM dan skema kerja mesin sem. ........ 42 Gambar 3.5 Mesin uji komposisi. ...................................... 43 Gambar 3.6 Mikroskop optik Olympus BX51M-RF. .......... 44 Gambar 3.7 Mesin uji kekerasan brinell ................................. 45 Gambar 4.1 Gambar Design piston MAHLE ........................ 47 Gambar 4.2 Hasil simulasi pemberian beban pada piston </p> <p>menggunakan software Inventor ........................ 48 Gambar 4.3Struktur mikro AlSi perbesaran 100x pada </p> <p>material yang jauh dari patahan ......................... 50 Gambar 4.4Struktur mikro AlSi perbesaran 200x pada </p> <p>material yang jauh dari patahan ......................... 51 Gambar 4.5Struktur mikro AlSi perbesaran 500x pada </p> <p>material yang jauh dari patahan ......................... 51 Gambar 4.6Struktur mikro AlSi perbesaran 100x pada </p> <p>material yang dekat dari patahan ........................ 52 Gambar 4.7Struktur mikro AlSi perbesaran 200x pada </p> <p>material yang dekat dari patahan ........................ 52 Gambar 4.8 Struktur mikro AlSi perbesaran 500x pada </p> <p>material yang dekat dari patahan 53 Gambar 4.9 Pembagian daerah indentasi uji kekerasan </p> <p>brinell .................................................................. 54 Gambar 4.10 Grafik distribusi kekerasan pada piston ............. 56 Gambar 4.11 Pembagian daerah patahan pada piston ............. 56 Gambar 4.12Perbesaran pada daerah initial crack (a) diambil </p> <p>dengan mikroskop stereo 10x ............................. 58 Gambar 4.13 Daerah initial crack perbesaran 50x dengan </p> <p>SEM ................................................................... 58 Gambar 4.14 Daerah initial crack dengan perbesaran 500x...</p>